阅读说明：本技术 一种碱金属种子注入装置 (Alkali metal seed injection device ) 是由 刘保林 李建 夏琦 彭爱武 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：一种碱金属种子注入装置,包括电加热器(1)、碱金属注入管(2)、碱金属储罐(3)、气体驱动旋风分离器(4)、液位监测传感器(5)、驱动气体储罐(6)、驱动气体入口管(7)、温度压力监测及控制装置(9)和混合气体出口管路(12)。碱金属种子注入装置为圆筒形,侧壁为夹层结构,夹层内外壁之间为腔室,电加热器(1)位于腔室内。向气体驱动旋风分离器(4)注入液态碱金属后加热,通入驱动气体工质使碱金属快速雾化,最后气化。液位监测传感器(5)监测液态碱金属的气化状态,温度压力监测及控制装置(9)控制混合气体状态,在驱动气体工质的作用下,打开混合气体出口管路(12)通过主气流管路(13)将混合工质送入磁流体发电机发电。(An alkali metal seed injection device comprises an electric heater (1), an alkali metal injection pipe (2), an alkali metal storage tank (3), a gas-driven cyclone separator (4), a liquid level monitoring sensor (5), a driving gas storage tank (6), a driving gas inlet pipe (7), a temperature and pressure monitoring and controlling device (9) and a mixed gas outlet pipeline (12). The alkali metal seed injection device is cylindrical, the side wall of the alkali metal seed injection device is of a sandwich structure, a cavity is arranged between the inner wall and the outer wall of the sandwich, and the electric heater (1) is positioned in the cavity. Liquid alkali metal is injected into the gas-driven cyclone separator (4) and then heated, and driving gas working medium is introduced to rapidly atomize the alkali metal and finally gasify the alkali metal. The liquid level monitoring sensor (5) monitors the gasification state of the liquid alkali metal, the temperature and pressure monitoring and controlling device (9) controls the state of the mixed gas, and the mixed gas outlet pipeline (12) is opened to send the mixed working medium into the magnetohydrodynamic generator for power generation through the main gas flow pipeline (13) under the action of the driving gas working medium.)

一种碱金属种子注入装置

技术领域

本发明涉及磁流体发电技术领域，具体涉及一种碱金属种子注入装置。

背景技术

磁流体发电是一种将热能直接转换成电能的新型发电方式，始于20世纪50年后期。其基本工作原理是法拉第电磁感应定律。与传统发电不同的是采用导电流体代替导电固体导电，使导电流体工质以一定速度通过与流动方向相互垂直的磁场，切割磁力线而感生电动势，从而产生电能。

高温气体磁流体发电是一种重要的方式。为了使高温气体工质获得足够高的电导率，需要向工质中注入一定的碱金属电离种子，而且要使种子在注入流体工质时均匀分布和迅速受热、气化和充分电离。因此碱金属种子注入装置是实现高温气体磁流体发电的一种重要装置。但由于碱金属的化学活性极强，易与大多数物质起化学反应，特别是与水反应更加强烈，因此对种子注入装置的技术要求比较苛刻。目前，国外对种子注入装置的研究也多处于试验阶段，典型的代表有日本东京工业大学的碱金属种子注入系统，采用铯炉加热碱金属种子，通过气体输送，该类装置存在注入铯种子量不准，输送气体压力控制不稳定等问题，如图2所示。我国在这方面基本处于空白。国内外采用气体驱动旋风分离器进行碱金属种子注入的装置还未见有文献报道，因此，开发气体驱动的碱金属种子注入装置对于提高该种磁流体发电机的性能和实际应用具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出一种碱金属种子注入装置，本发明能够实现碱金属种子注入可控，气化完全，更易于实现高品质的混合气体。

本发明碱金属种子注入装置主要包括电加热器、碱金属注入管、碱金属储罐、气体驱动旋风分离器、液位监测传感器、驱动气体储罐、驱动气体入口管、控制阀、温度压力监测及控制装置，以及混合气体出口管。

所述的碱金属种子注入装置为圆筒形，装置的侧壁为夹层结构，夹层的内外壁之间形成一个腔室。所述的电加热器位于侧壁的腔室内，用于加热驱动气体工质和碱金属种子。混合气体出口管位于碱金属注入装置的顶部。碱金属种子注入装置的底部安装有驱动气体入口管；碱金属种子注入装置圆筒的内部布置有气体驱动旋风分离器，气体驱动旋风分离器通过支座固定在腔室的底部。液位监测传感器布置在气体驱动旋风分离器上。

所述的碱金属注入管的一端穿出碱金属种子注入装置的顶部与位于装置上方的碱金属储罐连接，另一端穿入碱金属种子注入装置内与气体驱动旋风分离器连接。

混合气体出口管的一端与气体驱动旋风分离器连接，另一端穿出碱金属种子注入装置，与碱金属种子注入装置外部的主气流管路连接。主气流管路连接磁流体发电机。

所述的驱动气体入口管的一端连接至碱金属种子注入装置外部的驱动气体储罐，驱动气体入口管的另一端穿入碱金属种子注入装置内与气体驱动旋风分离器连接。

所述的气体驱动旋风分离器为高强度金属材料制作。

所述的控制阀分别布置于碱金属储罐与气体驱动旋风分离器的连接管路上、驱动气体储罐与气体驱动旋风分离器的连接管路上、主气流管路与气体驱动旋风分离器的连接管路上。

所述的碱金属种子注入装置内筒腔室中设置有温度压力监测及控制装置。

本发明的有益效果：

(1)通过液态碱金属注入管可以控制注入到气体驱动旋风分离器的碱金属种子的量，实现注入量的精确，保证了高温气体等离子的种子比例。

(2)利用液位监测传感器对注入气体驱动旋风分离器中的碱金属进行检测，监控液态碱金属的气化状态。

(3)驱动气体在旋风分离器中将碱金属种子气化后，与碱金属种子混合，形成混合的气体，可提高主气流管路中碱金属种子的均匀性，提高了品质，能够显著提高主气流的电导率。

附图说明

图1为本发明实施例装置构成示意图；

图中：1电加热器、2碱金属注入管、3碱金属储罐、4气体驱动旋风分离器、5液位监测传感器、6驱动气体储罐、7驱动气体入口管、8控制阀、9温度压力监测及控制装置、10夹层内壁、11夹层外壁、12混合气体出口管路、13主气流管路。

图2为现有的典型碱金属种子注入装置构成示意图；

图中：14气体入口、15阀门、16铯炉、17混合气体出口管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明碱金属种子注入装置为圆筒形，装置的侧壁为夹层结构，夹层内壁10与夹层外壁11之间形成一个腔室。所述的电加热器1位于侧壁的腔室内，用于加热驱动气体工质和碱金属种子。碱金属种子注入装置的底部安装有驱动气体入口管7；碱金属种子注入装置圆筒的内部布置有气体驱动旋风分离器4，气体驱动旋风分离器4通过支座固定于圆筒底部。液位监测传感器5布置在气体驱动旋风分离器4上。

所述的碱金属注入管2的一端穿出碱金属种子注入装置的顶部与碱金属注入装置上方的碱金属储罐3连接，另一端穿入碱金属种子注入装置内与气体驱动旋风分离器4连接。

混合气体出口管路12位于碱金属种子注入装置的顶部，混合气体出口管路12的一端连接气体驱动旋风分离器4，另一端穿出碱金属种子注入装置，与碱金属种子注入装置外部的主气流管路13连接。主气流管路13连接磁流体发电机。

所述的驱动气体入口管7的一端连接至碱金属种子注入装置外部的驱动气体储罐6，驱动气体入口管7的另一端穿入碱金属种子注入装置内与气体驱动旋风分离器4连接。

所述的气体驱动旋风分离器4为高强度金属材料制作。

所述的控制阀8分别布置于碱金属储罐3与气体驱动旋风分离器4的连接管路上、驱动气体储罐6与气体驱动旋风分离器4的连接管路上、主气流管路13与气体驱动旋风分离器4之间的连接管路上。

所述的碱金属种子注入装置的内筒腔室中设置有温度压力监测及控制装置9。

本发明的工作过程如下：

从碱金属种子注入装置底部的驱动气体入口管7通入驱动气体工质氩气，将驱动气体储罐6与气体驱动旋风分离器4连接管路中的空气排出，然后关闭相应的控制阀8。通过碱金属注入管2向气体驱动旋风分离器4中按需用量注入碱金属种子，注入完毕后关闭碱金属储罐3与气体驱动旋风分离器4连接管路上的控制阀8；之后，启动电加热器1，将气体驱动旋风分离器4内的气体加热到700℃左右，使碱金属种子气化，通过液位监测传感器5观察到碱金属种子完全气化后，通过驱动气体入口管7向气体驱动旋风分离器4中注入驱动气体工质，将碱金属种子的气化气体与驱动气体工质混合，形成的混合气体从混合气体出口管12排出，进入主气流管路13，进而实现磁流体发电。温度压力监测及控制装置9实时监测混合气体的状态参数。